探究視角下的小學STEM教學

◎ 趙 閃

2001年全國基礎教育課程改革以來,“自主、合作、探究”成為我國中小學競相學習的要點，以此為要義展開的各項活動也如火如荼，不絕于耳。但在操作中我們發(fā)現(xiàn)“探究”二字在實施的過程中常拘于形式，由于教科書知識本身未成為教師和學生批判、質(zhì)疑、探究和應用的對象，教學的知識創(chuàng)造性質(zhì)未得到充分體現(xiàn)，因此，當前課堂教學的形式變化大多為虛假自主、虛假對話、虛假探究。［1］基于此，我國學科教學走出“應試教育”和機械訓練魔咒的基本出路是走向?qū)W科探究教學。［2］朱迪斯·瑞梅（Judith Ramaley）認為STEM是安排在情境之中的教育探究及學習，學生們解決真實世界的問題并且可以自己創(chuàng)造機會。［3］這與以“尋找問題的答案”為內(nèi)核的“探究”相契合，基于該融合課程的諸多優(yōu)點，如發(fā)展學生獨立的判斷和思考能力、應用知識的能力等，STEM課程在中小學猶如雨后春筍般出現(xiàn)。而筆者所在的小學則在2016年9月開始在三年級展開試點教學。

一、STEM課堂教學過程

在STEM教學中，科學和技術知識用來幫助學習者了解世界并滿足自身需求，數(shù)學則幫助學習者更好地理解數(shù)據(jù),并最終通過工程這種解決問題的方法來構建一個STEM課程?；诠こ處熃鉀Q一個問題所經(jīng)歷的步驟，筆者將“喂鳥器”這一主題內(nèi)容的教學分為確定需求并研究問題、設計方案、建造原型、測試并改進原型以及說明方案，而充滿生活性、對話性及問題性的探究教學則如影隨形、貫穿其中。

（一）設置真實問題情景，確定需求并研究問題

杜威認為，學科探究教學應始終基于教師與學生的生活情境和真實需要，把學科知識向教師和學生經(jīng)驗的轉化視為課程與教學的核心。［4］在日常的教學活動之中不難發(fā)現(xiàn)，脫離孩子生活經(jīng)驗的教學對教師而言往往是畫地為牢，而真實的生活場景則能調(diào)動起他們敏感的神經(jīng)與共鳴。如筆者近期講授“微生物”這一主題內(nèi)容時，為了讓學生知道霉菌的生殖方式有別于一般植物，而引出了“孢子”的概念。這對于小學三年級的孩子而言太過抽象、陌生，唯一激發(fā)他們熱情討論的只是它的讀音。

“如果你們家的被子衣服發(fā)霉了，千萬不要在房間里抖哦！”筆者話音一落。

“為什么？”剛剛討論得最陶醉的人猛然中斷與他人的交談。

“霉菌的孢子有很強的擴散能力，而且生命力非常地旺盛，一旦找到合適的落腳點，便會以更迅猛的速度繁殖下去哦?！?/p>

在講完這句話后，所有的孩子的目光都被筆者吸引過來，并爭相分享類似的生活體驗，還有一些學生已經(jīng)躍躍欲試并準備拿自己家發(fā)霉的物體做實驗了。在其他主題的教學中不難發(fā)現(xiàn)，將教學內(nèi)容植根于生活實際往往能夠調(diào)動孩子的參與熱情，脫離孩子經(jīng)驗的課程往往會陷入窘境。

基于此，在喂鳥器教學的導入環(huán)節(jié)，筆者以南美洲常見的蜂鳥作為引入點，通過視頻資料讓孩子了解在天氣變冷的時候蜂鳥便會大規(guī)模地潛入南方覓食，當?shù)鼐用褚矔米约旱纳婆e幫蜂鳥度過難關。筆者以此為背景告訴學生在上海地區(qū)也有幾百種常見的鳥兒，這些鳥不都是候鳥，在即將來臨的冬季，對于上海這樣的“鋼鐵叢林”而言，覓食的機會更少了。筆者呼吁學生用自己的實際行動去幫助學校周邊的鳥兒度過寒冷的冬季。課堂中的對話如下：

生1：到冬天了，我可以在學校里撒點它們愛吃的種子。

生2：這怎么行，阿姨打掃了怎么辦？還有冬天的風那么大，吹走了怎么辦？

師：你們考慮得很周到！那我們該怎么有效地幫助它們呢？

生3：我們可不可以做一個容器，把食物放到里面呢？最好還有一個供它們遮風擋雨的空間，這就更棒了！

生2：這種容器還應該有其他功能，比如避雷。

師：我們給這種容器起個名字吧！

因為在前期的視頻中出現(xiàn)了“喂鳥器”這三個字。所以幾個有心的小朋友異口同聲地說出了這三個字。其他同學也都很興奮，對于三年級的學生來說，在課堂中與教師“默契合作”是一件很有成就感的事情。因此全班同學都摩拳擦掌,躍躍欲試,準備制作能夠發(fā)揮實際效應的喂鳥器。

（二）創(chuàng)建對話性生態(tài)課堂，設計方案

在學生設計方案的過程中筆者最常用到的教學方法是研討法（colloquium）。在拉丁文中，“col”意思是共同，而“l(fā)oqui”則是說話的意思。因為孩子們的生活經(jīng)歷不同，對事物的反應不同，因此研討的結果是無法規(guī)定的，不能夠期望所有的孩子都發(fā)現(xiàn)同一組事實，或看出同樣的相似之處。但大家在一起把各自的思想談出來，就會有豐富的內(nèi)容，而用語言表達各種觀察，又會引發(fā)進一步的思考。［5］

STEM課程強調(diào)為學生創(chuàng)設一種真實的環(huán)境，從另外一種意義上來說，這也是為學生創(chuàng)造一種具有挑戰(zhàn)的學習環(huán)境，基于這樣的真實氛圍學生才能夠從各個具體的方面來思考問題。STEM教學的內(nèi)核是學生可以自主地開展論證，即獨立提出問題并進一步思考問題解決的方案，學生非常樂于天馬行空地想象，所以在課程的展開上筆者也設計了大量的留白。因此在課堂中研討現(xiàn)場異?；鸨瑢W生們就是在進行一場異常興奮的“頭腦風暴”，他們是作為一個小工程師或小科學家來思考問題和體驗的。以下為現(xiàn)場對話：

生1：要解決喂鳥器漏水的問題我建議做一個半自動的小口，但是怎么做到半自動呢？

生2：??！我知道了！礦泉水的瓶子口我觀察過，是開成了一個十字形的！我實驗過，倒下來不會漏水！

生3：我們的橡皮泥最多！我們可以把橡皮泥粘在上面，開個十字，顏色鮮艷，還可以吸引鳥兒！

生1：不行??！橡皮泥不防水，而且鳥也可能誤食！

生2：我們可以直接把礦泉水瓶子口截下來，移到喂鳥器上??！這樣就不用制作十字口啦。

這個對話過程中每一句話都是對前一個觀點的修正，而且最后達成了共識。這些工程設計思路都是源于學生平時對生活的觀察。盡管他們還不知道這些現(xiàn)象背后的科學道理，但是他們已經(jīng)具有了前科學概念，而他們所擁有的前科學概念最終會在以后的實踐之中引導他們進入到當前的科學概念上來。整個研討過程中筆者不作示范且不提供建議，僅給每位學生提供情緒上的幫助，因此在每堂課結束之時并沒有傳統(tǒng)課堂中出現(xiàn)的最終的結論。但對于孩子們來說，這并不是終點，他們對沒有結果的事情往往放心不下，在課后的時間里常常有制作的模型、問題解決的方案設計圖出現(xiàn)，這種好奇的力量往往能給學生一種前進的動力。正如蘭本達所說的那樣，“我們說不上來他所做的事是怎么會對他具有重要性的，但從他的專心和熱情，我們可以看出這對他是有意義的，他在感情上、智力上都融進去了，好像一個藝術家融入了自己的創(chuàng)作一樣”。［5］

（三）解決生活性操作問題，建造原型

如果方案的設計對于孩子來說是思維的碰撞，那么制造環(huán)節(jié)對于孩子們來說無異于是碰撞后騰空而起的火焰。因為無論是在小學的自然或是勞技課堂中，學生從未如此完整、系統(tǒng)地展開一項探究，在經(jīng)歷了前期的頭腦風暴后，孩子們急切地想將紙張上的圖轉化為實實在在的物。在實際的操作過程中，絕大多數(shù)三年級的學生能夠根據(jù)以往的經(jīng)驗積極發(fā)揮豐富的想象力構建較為完整的喂鳥器原型。具體表現(xiàn)為：（1）材料選擇上的深思熟慮。學生根據(jù)不同區(qū)域的功能不同而選擇相適應材質(zhì)的零件，如遮蓋區(qū)域選取橡膠、厚木板、塑料等防水材料。而喂食區(qū)則偏向于具有純天然、防水防潮特性的材料。（2）“客戶”定位精準。因為筆者從授課開始一直在向?qū)W生滲透一種“產(chǎn)品意識”，即產(chǎn)品所針對的對象，產(chǎn)品定位應當明確。因此從課程伊始學生就針對不同“客戶”的不同生理特征展開設計，這些特征包括身高、體長、喙寬、飲食習慣及環(huán)境偏好等。這些“門檻”往往能夠起到篩選的作用。（3）功能設施齊全。2/3左右的學生會根據(jù)對鳥的了解及鳥的實際需求，設計并構建功能比較豐富的喂鳥器，功能區(qū)域可分為休息區(qū)、取食區(qū)、飲水區(qū)、活動區(qū)、站立區(qū)等。但因為生活經(jīng)驗的欠缺或常識的匱乏，一些問題也開始凸顯，如技術手段單一、想法脫離實際等。

（四）激發(fā)質(zhì)疑性思維，測試并改進原型

在喂鳥器制造完成之后，學生需要對喂鳥器進行實際測試并發(fā)現(xiàn)問題，測試的成敗取決于“消費者”的滿意度。如放置在室外吸引鳥的數(shù)量以及食物減少的量都可以作為衡量喂鳥器性能的重要量化指標。學生使用新的方法及材料嘗試的過程其實就是在探索，即尋找或發(fā)現(xiàn)問題的答案。每個學生都充盈著感情、思維進而融入、經(jīng)歷喂鳥器制作過程，筆者認為這就是發(fā)現(xiàn)意義的中心環(huán)節(jié)，在這樣的過程中，學生可以發(fā)現(xiàn)事物之間的各種關聯(lián)，并逐步建立解釋這些關聯(lián)的模型，進而逐步了解各種現(xiàn)象背后的根據(jù)。

（五）回歸設計初衷，設計售賣說明方案

筆者從授課開始到最后結束一直在向?qū)W生滲透一種“產(chǎn)品意識”，即最終的作品是需要作為一個真實的產(chǎn)品進行售賣的。因此每位“工程師”都需要向產(chǎn)品的消費者說明他們最終的設計方案以及使用的方法。學生需要準確、清楚地以各種形式展現(xiàn)產(chǎn)品的細節(jié)。在展示的同時，不僅能加強學生的“產(chǎn)品意識”，更能促進學生以中肯的眼光來回顧、反思整個工程創(chuàng)作歷程。

二、教學中遇到的問題

“綜合性”“探究性”課程在培養(yǎng)“核心素養(yǎng)”的過程中也凸現(xiàn)出重要的地位。受到我國青睞的STEM課程在倡導學科之間整合的同時也倡導學生個性化及創(chuàng)造能力的發(fā)展，然而在以考評體系為主的基礎教育大背景下，理想的STEM 教育所要求的知識和技能與現(xiàn)行實施的STEM 課程實際情況存在著明顯差距。［6］在教學的推進過程中，筆者作為STEM教學的親歷者，發(fā)現(xiàn)有些問題還需進一步厘清。

（一）技術手段墨守成規(guī)

技術是作為人類滿足自身需求而改變世界的方法,在構建模型的時候起著重要的支持作用。在喂鳥器制作過程中，對于學生們來說剪切、固定、密封、塑形等操作所涉及的技術大都停留在比較“原始”的階段。如固定所使用到的工具（如膠帶、膠水），而在塑形方面（如建造房子模型）由于手段單一往往出現(xiàn)各種各樣的“四不像”。諸如此類的問題嚴重影響“產(chǎn)品化”進程。這一現(xiàn)象背后的原因不僅有學生寥寥無幾的技術儲備，更是由于學校配套技術手段的缺失。

（二）“高端”設計步履維艱

上文中提到，在設計環(huán)節(jié)學生利用前科學概念提出了許多優(yōu)秀的工程設計思路，如利用大氣壓原理制作液體供應器，利用水壓泵水等，筆者也頗感欣慰。但是設計后的實施環(huán)節(jié)卻讓能夠付諸于實踐的設計寥寥無幾，大部分還是按部就班地打個洞、粘貼一下敷衍了事。筆者發(fā)現(xiàn)學生們善于融合現(xiàn)代科技產(chǎn)品的技術手段，但在產(chǎn)品“落地”環(huán)節(jié)卻步履艱難。這從側面反映出在當今高科技時代學生在享用、汲取科技成果的同時呈現(xiàn)出的“知其然而不知其所以然”的學習狀態(tài)。筆者反思并隨后真實了解到這一個問題的成因：材料獲取途徑有限；設計工序復雜無法完成；課業(yè)負擔嚴重等。不管出自何種原因，都不失為憾事一樁。但同時也給學生上了隱性的一課——“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。

（三）合作互助差強人意

“共享”在傳統(tǒng)社會中是指朋友之間、鄰里之間互借東西，是一種形式的共享。而在STEM課堂中“共享”意味著學生相互分享信息、材料，在思維的激流碰撞中達到共識?！肮蚕斫?jīng)濟”在社會上進行得如火如荼，然而在課堂上卻效果略差。如在課堂中按照預設角色、任務展開活動的小組屈指可數(shù)，多數(shù)小組都非完全意義上的學習共同體，可用“游離”這個詞語來形容它們。下面筆者就三種典型的“不共享”人群類別作闡述。

1. “習得性無助”型個體

“習得性無助”是指個體因為重復的失敗或懲罰而造成的無作為的一種現(xiàn)象。這類學生群體對任何事情都無所謂、不在乎，無論是對集體或是個人的利益都漫不經(jīng)心、置之度外。在STEM課堂中，這種類型的學生數(shù)量較少，每班大概有三至五名。對于這類學生而言，以往的學習經(jīng)歷使他們不愿意再去面對或嘗試新的任務，因為他們害怕失敗，具有較低的自我效能感。這種失敗可以是同伴的拒絕、教師的批評，也可能是作品帶來的挫敗感。

2. 一人主導型個體

主導型個體往往統(tǒng)領全局，管轄面面俱到，且不允許有任何人撼動其統(tǒng)領地位。這種學生出現(xiàn)的概率也較小。這是由于一人獨裁型合作小組的形成需要多種事件、巧合共同出現(xiàn)，如組內(nèi)其他5位同學都小心翼翼、言聽計從，同時其中一位同學可以我行我素、一意孤行。

3. 自由意志缺乏型個體

自由意志在哲學上是指個體對自身有最高的管理權限，有權利去決定自身發(fā)展道路及方向。擁有自由意志的個體能夠基于自身的思想、條件去改變、創(chuàng)造或突破。然而自由意志缺乏的人往往對自身抱有太多的不確定性。聽之任之、任其所為是他們的“行為準則”，這樣的個體往往是計劃忠實的執(zhí)行者。

以上三種人群性格迥異，處事方式鮮明，他們之間的自由隨機組合往往會形成不同的小組合作方式，體驗過由充分合作帶來的高度自我效能感的成員往往具有高度的責任心與分享意識，他們也愿意且期待再次嘗試這樣的學習方式。而那些有過不良合作體驗的個體則大多數(shù)表示無趣、無所事事。因此如何基于學生的個性特點來構建積極的合作共同體則是筆者下一步需要學習和研究的重要問題。

三、結語

一個學生曾天真地對筆者說：“為什么在上有些課時總是老師帶著我們學習，我們自己的好點子沒辦法用到？”這句話使筆者想到蒙田說的一番話：“展開學究式教育的學校就是一座真正的少年拘留所,在他們沒有墮落之前就懲罰他們墮落,才使他們真正地墮落了。不妨在他們上課時候去看看,您只聽到孩子的求饒聲和教師的怒吼聲。對著這些幼小害怕的心靈,面孔鐵青,手執(zhí)鞭子趕著他們,這算什么樣的啟智求知的好方法,這種方式極不公正且有害。”［7］學生的話無疑在向筆者透露一個信息：不想被主導。教師表面上是在苦口婆心、循循善誘，實則是為了完成一節(jié)課的教學任務而行色匆匆、草率收兵。學生成為了被愚弄的聽眾，而教師則是自導自演，自我蒙蔽。但幸運的是在STEM課堂中學生可以任意想象，自主實踐。STEM并非“讓”學生學到什么，而是讓學生在充足的時空中去親身探究事物的意義。這一教學方式有別于學究式教學方式，給予學生在混沌的環(huán)境中一抹亮色、一片綠肺。

［1］ 張華. 反思對話教學的技術主義傾向［J］. 教育發(fā)展研究，2011（20）.

［2］ 張華.論學科探究教學［J］. 教育發(fā)展研究，2014（12）.

［3］ Carnevale, Anthony P, Smith. STEM: Science Technology Engineering Mathematics. State-Level Analysis［J］. Georgetown University Center on Education and the Workforce, 2011（10）：68 .

［4］ Dewey John. The Child and the Curriculum［M］.Chicago: University of Chicago Press，1902.

［5］ 蘭本達. 小學科學教育中的“探究-研討教學法”［M］.陳德彰，譯. 北京：人民教育出版社，2005：127.

［6］ 董澤華.試論我國中小學實施STEM課程的困境及對策［J］. 全球教育展望，2016（12）.

［7］ 蒙田. 蒙田隨筆全集（第一卷）［M］. 馬振聘，譯.上海：上海書店出版社，2011：150.